CN109319173B - 一种可移动月面软着陆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动月面软着陆装置，属于航天机械领域。本发明的装置由若干个三自由度并联可行走缓冲机构组成，每个三自由度并联可行走缓冲机构包括一组主缓冲伸缩机构和两组辅助缓冲伸缩机构，且该主缓冲伸缩机构以及辅助缓冲伸缩机构都具备缓冲和伸缩功能，通过主缓冲伸缩机构以及辅助缓冲伸缩机构组成一个三自由度并联可行走缓冲机构，装置的部件间通过铰接连接，整个装置的运动具备灵活性及着陆可靠性；本发明装置实现了对着陆器辅缓冲机构受到拉力或者压力过程中，结构的拉压缓冲性能，而且也实现了整机的可行走功能；本发明装置的结构设计合理，性能可靠，满足了着陆缓冲行走一体化的结构设计要求。

Description

一种可移动月面软着陆装置

技术领域

本发明涉及一种可移动月面软着陆装置，属于航天机械领域。

背景技术

在未来的月球及其他外星体的探测任务中，要求探测器在完成软着陆后具备一定的姿态调整能力及移动能力，以增强对不同探测任务的适应性并扩大所探测的区域范围。由于目前已知的软着陆装置只具备一定的着陆稳定性，但机动性不足，无法实现姿态调整与移动，因此整个装置不能够灵活的运动，整机结构的可行走能力较差，对于月面或其他外星体表面环境的多点探测能力欠佳。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明设计了一种可移动月面软着陆装置，该装置的每一足采用一组主缓冲伸缩机构和两组辅助缓冲伸缩机构组成一个三自由度并联可行走缓冲机构，可以提高机构的着陆稳定性，解决现有技术中软着陆机构机动性不足的缺陷，同时通过摆动小腿机构的设计的结合，可以实现着陆后的姿态调整。

本发明是这样实现的：

本发明公开了一种可移动月面软着陆装置，包括机架，在机架外侧均匀分布有若干安装基座；安装基座外侧设置有三个虎克铰，且三个虎克铰在基座外侧面的安装位置呈三角形分布；位于三角形顶端位置的虎克铰连接有一组主缓冲伸缩机构，位于三角形底端两角的两个虎克铰连接有两组辅助缓冲伸缩机构。一组主缓冲伸缩机构和两组辅助缓冲伸缩机构组成一个三自由度并联可行走缓冲机构，该机构采用并联方式能够大大改善机构的抗冲击强度，以提高机构的着陆稳定性。

主缓冲伸缩机构下端固定设置有三角支架，三角支架底端两角处均设置有安装孔，且安装孔内固定设置有球铰支座，两组辅助缓冲伸缩机构的末端通过球铰连接于球铰支座。通过球铰连接便于机架着陆后姿态调整与移动。

主缓冲伸缩机构在三角支架下端连接有摆动小腿机构；摆动小腿机构包括小腿杆、安装在小腿杆测端的小腿驱动装置、安装在小腿杆底端的足垫，足垫使得整个装置能够稳定置于月球表面，便于装置着陆后着陆器姿态调整，提高稳定性。且小腿杆通过足垫球铰连接于足垫，球铰的连接方式，提高了装置整体的灵活性。结合主缓冲伸缩机构和辅助缓冲伸缩机构的运动以及配合摆动小腿机构调整该装置的位姿或移动，当该装置越障时，通过小腿驱动装置驱动整个摆动小腿机构开始上下摆动，能够在一系列的运动过程完成越障。

进一步，所述的机架外侧均匀分布有四个安装基座。

进一步，三个虎克铰的一端通过螺栓固定在安装基座上，三个虎克铰的另一端分别通过螺栓与一组主缓冲伸缩机构、两组辅助缓冲伸缩机构连接，通过虎克铰的连接方式可以提高装置的灵活性，有助于装置姿态的调整。

进一步，所述的主缓冲伸缩机构包括主支柱外筒，主支柱外筒内部安装的丝杠螺母机构II，且所述的丝杠螺母机构II与主支柱外筒外部末端设置的驱动机构II连接，丝杠螺母机构II与驱动机构II连接在一起，并通过驱动机构II为其提供动力。

所述的主支柱外筒内部还安装有压缩缓冲装置II、与压缩缓冲装置II连接的活塞机构II，压缩缓冲装置II安装在主支柱外筒内部，活塞机构II限制住压缩缓冲装置II前后移动；所述的丝杠螺母机构II位于活塞机构II中间，与其构成传动系统；且活塞机构II伸出至主支柱外筒外部。

进一步，所述的活塞机构II前端设置有转轴安装孔，其中小腿驱动装置固定安装在活塞机构II上，且小腿驱动装置的动力输出轴穿过转轴安装孔与小腿杆固定连接。

进一步，三角支架通过紧固螺栓固定安装在活塞机构II下端，并且保证三角支架在活塞机构II上无法实现旋转；两个球铰支座通过螺栓固定安装在三角支架上的安装孔中。

进一步，所述的两组辅助缓冲伸缩机构均包括辅助外筒，辅助外筒内部安装的丝杠螺母机构I，且所述的丝杠螺母机构I与辅助外筒外部末端设置的驱动机构I连接，丝杠螺母机构I与驱动机构I连接在一起，并通过驱动机构I为其提供动力。

辅助外筒内部还安装有压缩缓冲装置I、与压缩缓冲装置I连接的活塞机构I，压缩缓冲装置I安装在辅助外筒内部，活塞机构I限制住压缩缓冲装置I前后移动；所述的丝杠螺母机构I位于活塞机构I中间，与其构成传动系统，且活塞机构I伸出至辅助外筒外部；所述的辅助外筒外部前端设置有拉伸缓冲装置。

进一步，所述的活塞机构I前端设置有球铰，两个辅助缓冲伸缩机构上对应的球铰与三角支架上对应的两个球铰支座安装连接；所述的拉伸缓冲装置通过螺栓固定安装在辅助外筒的外部前端。

本发明与现有技术的有益效果在于：

1、本发明通过一组主缓冲伸缩机构和两组辅助缓冲伸缩机构组成，并且主缓冲伸缩机构以及辅助缓冲伸缩机构都具备缓冲和伸缩功能，各机构与其他结构通过铰接的连接关系，使得均布在安装基座上的整体装置类似人体结构中的腿部以及关节，进而整个装置的运动具备灵活性及着陆可靠性；本发明装置实现了对着陆器辅缓冲机构受到拉力或者压力过程中，结构的拉压缓冲性能的缓冲性能，而且也实现了整机结构的可行走能力，具备了可行走的结构特点；

2、本发明通过主缓冲伸缩机构以及辅助缓冲伸缩机构组成一个三自由度并联可行走缓冲机构，而且在该机构末端连接的摆动小腿机构，促使单腿结构组成一个串并联混联的运动机构，能够在小腿驱动装置的驱动下，自由摆动，进而提高整机结构的越障性能要求，进而提高该装置的环境适应性；达到了较好地解决现有技术中缺乏相应的软着陆机构机动性不足，不能使着陆器在着陆区域有效移动及位姿调整的问题，对于着陆缓冲设备的后期结构设计提供了一定的研究意义；

3、本发明装置的该结构设计合理，作业质量好，作业可靠，满足了着陆缓冲行走一体化结构设计的要求，且装置具备运动灵活性及着陆可靠性。

附图说明

图1是本发明一种可移动月面软着陆装置的示意图；

图2是本发明的主缓冲伸缩机构示意图；

图3是本发明的辅助缓冲伸缩机构示意图；

图4是本发明的摆动小腿机构示意图；

其中，1-机架、2-安装基座、3-虎克铰、4-主缓冲伸缩机构、5-辅助缓冲伸缩机构、6-紧固螺栓、7-三角支架、8-球铰支座、9-摆动小腿机构；401-主支柱外筒、402-驱动机构II、403-压缩缓冲装置II、404-丝杠螺母机构II、405-活塞机构II、406-转轴安装孔；501-辅助外筒、502-驱动机构I、503-压缩缓冲装置I、504-丝杠螺母机构I、505活塞机构I、506-拉伸缓冲装置、507-球铰；901-小腿驱动装置、902-小腿杆、903-足垫球铰、904-足垫。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图1所示，图1是本发明一种可移动月面软着陆装置的示意图，包括机架1、安装基座2、虎克铰3、主缓冲伸缩机构4、辅助缓冲伸缩机构5、紧固螺栓6、三角支架7、球铰支座8、摆动小腿机构9。

如图2所示，主缓冲伸缩机构4包括：主支柱外筒401、驱动机构II402、压缩缓冲装置II403、丝杠螺母机构II404、活塞机构II405、转轴安装孔406；

如图3所示，辅助外筒501、驱动机构I502、压缩缓冲装置I503、丝杠螺母机构I504、活塞机构I505、拉伸缓冲装置506、球铰507；

如图4所示，小腿驱动装置901、小腿杆902、球铰903、足垫904.

其中，本实施例采用四组安装基座2均匀分布安装在机架1的四周；三个虎克铰3的一端通过螺栓固定在安装基座2上，其中上端虎克铰3的另一端通过螺栓与主缓冲伸缩机构4连接在一起；下端2个虎克铰3的另一端通过螺栓与辅助缓冲伸缩机构5连接在一起。

主缓冲伸缩机构4包括主支柱外筒401，主支柱外筒401内部安装的丝杠螺母机构II404，且丝杠螺母机构II404与驱动机构II402连接在一起，并通过驱动机构II402为其提供动力；压缩缓冲装置II403安装在主支柱外筒401内部，活塞机构II405限制住压缩缓冲装置II403前后移动。丝杠螺母机构II404位于活塞机构II405中间，与其构成传动系统；且活塞机构II405伸出至主支柱外筒401外部，其中小腿驱动装置901固定安装在活塞机构II405上，且小腿驱动装置901的动力输出轴穿过转轴安装孔406与小腿杆902固定连接。

转轴安装孔406是一个钻在活塞机构II405末端的一个安装孔；其中小腿驱动装置901固定安装在活塞机构II405上，而且小腿驱动装置901的动力输出轴穿过转轴安装孔406与小腿杆902固定连接在一起，以便为小腿杆902提供摆动的动力；球铰903安装在小腿杆902，并且将球面部分与足垫904上对应的安装孔配合安装在一起。

两组辅助缓冲伸缩机构5均包括辅助外筒501，辅助外筒501内部安装的丝杠螺母机构I504，且所述的丝杠螺母机构I504与辅助外筒501外部末端设置的驱动机构I502连接，丝杠螺母机构I504与驱动机构I502连接在一起，并通过驱动机构I502为其提供动力；所述的辅助外筒501内部还安装有压缩缓冲装置I503，与压缩缓冲装置I503连接的活塞机构I505，压缩缓冲装置I503安装在辅助外筒501内部，活塞机构I505限制住压缩缓冲装置I503前后移动。所述的丝杠螺母机构I504位于活塞机构I505中间，与其构成传动系统，且活塞机构I505伸出至辅助外筒501外部，活塞机构I505伸出至辅助外筒501外部的位置末端设置有球铰507，两个辅助缓冲伸缩机构5上对应的球铰507与三角支架7上对应的两个球铰支座8安装连接；所述的辅助外筒501外部前端设置有拉伸缓冲装置506。所述的拉伸缓冲装置506通过螺栓固定安装在辅助外筒501的前端。

三角支架7通过紧固螺栓6固定安装在活塞机构II405下端，并且保证三角支架7在活塞机构II405上无法实现旋转；两个球铰支座8通过螺栓连接固定安装在三角支架7上的安装孔里面；两个辅助缓冲伸缩机构5上对应的球铰507与三角支架7上对应的两个球铰支座8安装在一起。

主缓冲伸缩机构4和辅助缓冲伸缩机构5组成一个三自由度并联可行走缓冲机构，该机构采用并联方式能够大大改善机构的抗冲击强度，以提高机构的着陆稳定性。

一组主缓冲伸缩机构4和两组辅助缓冲伸缩机构5组成一个三自由度并联可行走缓冲机构，而且在该机构末端连接的摆动小腿机构9，促使单腿结构组成一个串并联混联的运动机构，能够在小腿驱动装置901的驱动下，自由摆动，进而提高整机结构的越障性能要求，进而提高该装置的环境适应性。

本实施例中的所示的四组结构，相当于4条腿中每一条腿，都是由一组主缓冲伸缩机构4和两组辅助缓冲伸缩机构5组成，该装置的主缓冲伸缩机构4和辅助缓冲伸缩机构5都具备缓冲和伸缩功能，进而提高整个装置的运动灵活性及着陆可靠性。

本发明的工作过程是：

当整机时，足垫904首先触地，同时将着陆瞬间的冲击力传递给通过足垫球铰903，足垫球铰903将该力传递给活塞机构II405，同时由于三角支架7固定在活塞机构II405上，将该冲击力又通过两个球铰支座8和球铰507分别传递给了左右两个活塞机构I505；当活塞机构II405和两个活塞机构I505受力后，其同时发生运动，活塞机构II405受到的是压力冲击，因此其运动会给与压缩缓冲装置II403施加力，使得压缩缓冲装置II403被压缩，进而起到缓冲的作用；与此同时两次侧的活塞机构I505，是一种随装置着陆状态不同而改变的一种力，因此其有时会受到拉力，有时会产生压力。当产生压力的时候，两侧的压缩缓冲装置I503被活塞机构I505压缩，形成缓冲。当产生拉力的时候，两侧的拉伸缓冲装置506被活塞机构I505压缩，形成缓冲；进而实现整机的着陆缓冲功能；着陆稳定后，该装置开始移动或调整姿态，就需要根据移动或姿态要求，两套驱动机构I502和一套驱动机构II402分别带动丝杠螺母机构I504和丝杠螺母机构II404开始运动，进而驱动活塞机构II405和活塞机构I505产生伸缩运动，进而配合摆动小腿机构9调整该装置的位姿或移动。当该装置越障时，就要小腿驱动装置901驱动整个摆动小腿机构9开始上下摆动，进而结合主缓冲伸缩机构4、和辅助缓冲伸缩机构5的运动过程完成越障。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可移动月面软着陆装置，包括机架(1)，其特征在于，所述的机架(1)外侧均匀分布有若干安装基座(2)；所述的安装基座(2)外侧设置有三个虎克铰(3)，且三个虎克铰(3)在安装基座(2)外侧面的安装位置呈三角形分布；位于三角形顶端的虎克铰(3)连接有一组主缓冲伸缩机构(4)，位于三角形底端两角的两个虎克铰(3)连接有两组辅助缓冲伸缩机构(5)；所述的主缓冲伸缩机构(4)下端固定设置有三角支架(7)，三角支架(7)底端两角处均设置有安装孔，且安装孔内固定设置有球铰支座(8)，两组辅助缓冲伸缩机构(5)的末端通过球铰(507)连接于球铰支座(8)；所述的主缓冲伸缩机构(4)在三角支架(7)下端连接有摆动小腿机构(9)；所述的摆动小腿机构(9)包括小腿杆(902)、安装在小腿杆(902)侧端的小腿驱动装置(901)、安装在小腿杆(902)底端的足垫(904)，且所述的小腿杆(902)通过足垫球铰(903)连接于足垫(904)；

所述的主缓冲伸缩机构(4)包括主支柱外筒(401)，主支柱外筒(401)内部安装的丝杠螺母机构II(404)，且所述的丝杠螺母机构II(404)与主支柱外筒(401)外部末端设置的驱动机构II(402)连接，通过驱动机构II(402)为其提供动力；所述的主支柱外筒(401)内部还安装有压缩缓冲装置II(403)、与压缩缓冲装置II(403)连接的活塞机构II(405)；所述的丝杠螺母机构II(404)位于活塞机构II(405)中间，与其构成传动系统；且活塞机构II(405)伸出至主支柱外筒(401)外部。

2.根据权利要求1所述的一种可移动月面软着陆装置，其特征在于，所述的机架(1)外侧均匀分布有四个安装基座(2)。

3.根据权利要求1所述的一种可移动月面软着陆装置，其特征在于，三个虎克铰(3)的一端通过螺栓固定在安装基座(2)上，三个虎克铰(3)的另一端分别通过螺栓与一组主缓冲伸缩机构(4)、两组辅助缓冲伸缩机构(5)连接。

4.根据权利要求1所述的一种可移动月面软着陆装置，其特征在于，所述的活塞机构II(405)前端设置有转轴安装孔(406)，其中小腿驱动装置(901)固定安装在活塞机构II(405)上，且小腿驱动装置(901)的动力输出轴穿过转轴安装孔(406)与小腿杆(902)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种可移动月面软着陆装置，其特征在于，三角支架(7)通过紧固螺栓(6)固定安装在活塞机构II(405)下端；两个球铰支座(8)通过螺栓固定安装在三角支架(7)上的安装孔中。

6.根据权利要求1所述的一种可移动月面软着陆装置，其特征在于，所述的两组辅助缓冲伸缩机构(5)均包括辅助外筒(501)，辅助外筒(501)内部安装的丝杠螺母机构I(504)，且所述的丝杠螺母机构I(504)与辅助外筒(501)外部末端设置的驱动机构I(502)连接，通过驱动机构I(502)为其提供动力；所述的辅助外筒(501)内部还安装有压缩缓冲装置I(503)、与压缩缓冲装置I(503)连接的活塞机构I(505)；所述的丝杠螺母机构I(504)位于活塞机构I(505)中间，与其构成传动系统，且活塞机构I(505)伸出至辅助外筒(501)外部；所述的辅助外筒(501)外部前端设置有拉伸缓冲装置(506)。

7.根据权利要求6所述的一种可移动月面软着陆装置，其特征在于，所述的活塞机构I(505)前端设置有球铰(507)，两组辅助缓冲伸缩机构(5)上对应的球铰(507)与三角支架(7)上对应的两个球铰支座(8)安装连接；所述的拉伸缓冲装置(506)通过螺栓固定安装在辅助外筒(501)的外部前端。

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